 |
Тестирование оптических сегментов ЛВС
|
|
|
|
После монтажа сегментов ЛВС необходимо протестировать отдельные сегменты, затухание является основным параметром ВОЛС влияющим на дальность передачи информации, поэтому необходимо провести измерение затухания каждого сегмента сети, на волоконно-оптических линиях передачи измерение затухания можно провести, применяя оптический рефлектометр (OTDR). Однако в силу особенности данного прибора он эффективен только лишь на относительно длинных линиях (несколько сотен метров). В связи с этим применение оптических рефлектометров для тестирования коротких линий неэффективно. Наиболее эффективным способом будет являться измерение мощности оптического излучения, прошедшего по оптическому волокну.
Измерение мощности оптического излучения является ключевым этапом большинства видов тестирования ВОСП. В состав измерителя мощности - ваттметра (микроваттметра, нановаттметра) - входит блок преобразователя светового излучения в электрический ток и блок анализа, производящий его индикацию, если прибор используется самостоятельно. Если прибор входит в состав тестового комплекса, то соответствующий электрический сигнал поступает в блок анализа данного комплекса, где и происходит его индикация. Наиболее широкое практическое применение в ВОСП нашли фотоэлектрические преобразователи фотоприемники на основе полупроводниковых диодов.
Измерители мощности с термочувствительными элементами (термофотодиоды, фотосопротивления и пироэлектрические приемники) находят применение в основном в метрологических и исследовательских лабораториях. Важнейшими характеристиками фотоприемников являются токовая чувствительность, уровень собственных шумов и мощность насыщения. Они определяют такие параметры измерителя мощности как диапазон измерений, чувствительность и точность измерений.
|
|
|
Различие спектральной зависимости токовой чувствительности полупроводниковых фотоприемников делает необходимой калибровку измерителей мощности на измеряемой длине волны. Как правило, измерители мощности калибруются на одну или несколько фиксированных длин волн. Исключение составляют измерители мощности, входящие в состав анализаторов спектра, в которых производится измерение распределения мощности по всему спектру излучения.
Максимум измеряемой мощности определяется превышением допустимого уровня нелинейных искажений, связанных с насыщением фотоприемника. Нелинейные искажения измерительного преобразователя определяются не только нелинейностью фотоприемника, но и нелинейностью электрической схемы усилителей. В общем случае погрешность измерений, связанная с нелинейностью преобразователя, пропорциональна относительной нелинейности чувствительности фотоэлектрического преобразователя. Они могут быть частично скомпенсированы в блоке анализа. Нижняя граница диапазона измеряемой мощности определяется значением эквивалентной мощности шума, величина которой пропорциональна темновому току фотодиода, т.е. значению тока в отсутствии светового излучения. При прочих равных условиях величина темнового тока в фотоприемнике на основе арсенида индия галлия (InGaAs) в 100 раз меньше величины темнового тока германиевого фотоприемника. Уменьшить эквивалентную мощность шума можно охлаждением фотоприемников и применением усреднения измеряемых значений по времени.
Измерители оптической мощности в волоконной оптике используются для измерения мощности, выходящей как из свободного оптического волокна, так и из волоконного световода, снабженного оптическим разъемом. В первом случае, оптический ваттметр снабжен адаптером свободного конца волокна: устройством, обеспечивающим измерение световой мощности непосредственно на входе свободного конца волокна, представлен на рисунке 15. Во втором случае, измеритель мощности снабжен оптическими разъемом или несколькими типами оптических разъемов, представлен на рисунке 11.
|
|
|
Погрешность измерений во втором случае возрастает на величину нестабильности потерь на соединение данным типом коннектора.
Как правило, у измерителей мощности регламентируются следующие параметры:
- диапазон рабочих длин волн;
- динамический диапазон измерений средней мощности в заданном диапазоне длин волн или на фиксированных длинах волн;
- основная погрешность измерений относительного уровня мощности;
- основная погрешность установки заданного уровня мощности.
 |
Рисунок 11 - Схема измерения мощности на выходе источника в
случае свободного оптического волокна
Рисунок 12 - Схема измерения мощности на выходе источника в
случае оконцованного волокна
На точность измерений значительное влияние могут оказывать условия подключения тестируемого элемента к источнику света и оптическому ваттметру, а также условия подключения источника к ваттметру в процессе калибровки.
Наибольшую точность измерения вносимых потерь обеспечивает метод обрыва, применимый к пассивным элементам с входным и выходным свободными волокнами. Процесс измерения потерь методом обрыва волокна представлен на рисунке 13.
На первом этапе производят соединение выходного волокна источника оптического излучения с входным волокном тестируемого элемента, а его выходное волокно соединяют с измерителем мощности через адаптер свободного волокна. Измеритель мощности в этом случае покажет мощность излучения, прошедшего через тестируемый элемент.
На втором этапе разрывают волокно между местом сварки и тестируемым элементом, а освободившийся конец волокна совмещают с адаптером измерителя мощности. Показания ваттметра соответствуют значению световой мощности, вводимой в тестируемый элемент. Величина вносимого затухания Z (дБ) определяется как разность между двумя показаниями P1 P2 измерителя оптической мощности в логарифмических единицах [дБ]:
|
|
|
Z (дБ)=Р1(дБм) – Р2(дБм). (1)
Этим методом может достигаться наивысшая точность измерений приблизительно + 0.01 дБ, зависящая от качества скола и адаптера свободного волокна при использовании источника излучения и измерителя мощности, указанную или более высокую точности измерений.
Рисунок 13 - Схема измерения потерь методом обрыва волокна
Такая точность измерений требуется при проведении лабораторных измерений, например, спектральной зависимости потерь в элементах системы передачи информации со спектральным уплотнением. В обычных условиях, а особенно в полевых, достаточную для большинства случаев точность дает метод вносимых потерь. В этом методе на первом этапе производится калибровка, сводящаяся к измерению мощности источника излучения при его прямом соединении с измерителем мощности с использованием отрезка волокна того же типа, который используется на входе и выходе тестируемого элемента. На втором этапе между источником излучения и измерителем мощности располагают тестируемый элемент. Способ подключения тестируемого элемента к источнику излучения и ваттметру зависит от типа входа и выхода тестируемого элемента. Наибольшую точность дают измерения характеристик элемента с входом и выходом в виде свободных волокон. Схема подключения приведена на рисунке 14 - 1 этап.
На первом этапе источник подключается к измерителю мощности через свободное волокно источника и адаптер свободного волокна измерителя, на втором этапе выходное волокно источника
приваривается к входному волокну тестируемого элемента, а его выходное волокно соединяется с адаптером измерителя мощности, данная схема приведена на рисунке 14 – 2 этап.
Рисунок 14 – Схема измерения потерь с входом и выходом в виде
свободных волокон
Погрешность измерений в этом случае определяется неопределенностью величины затухания на сварном соединении, которая при использовании сварочных аппаратов нового поколения может быть снижена до значения менее 0.1 дБ. Измерение потерь элемента с входом и выходом в виде оптических коннекторов, приведено на рисунке 15. Точность измерений в этом случае определяется воспроизводимостью работы оптических соединителей. Как правило, погрешность измерений составляет приблизительно ±0.3 дБ и зависит от типа используемых коннекторов. Напряжение в волокне и в кабеле приводит к появлению дополнительных потерь. Фактически оптическое волокно представляет собой очень хороший датчик напряжений. Однако при измерении затухания напряжение волокна приводит к увеличению погрешности измерения. При
|
|
|
проведении измерений необходимо свести к минимуму напряжение и/или степень его изменения.
Если говорить о волокне или оптическом кабеле, намотанном на катушку/барабан, то можно сказать, что чем туже они намотаны, тем выше уровень потерь. В таком случае может оказаться целесообразным перемотать волокно/кабель менее туго. Оптическое волокно, снятое с катушки/барабана нужно аккуратно зафиксировать, чтобы не сдвигать с места при измерениях. Особенно осторожно надо обращаться с волокном уже снабженным разъемами, так как напряжения в месте соединения разъема вызывает значительные потери.
Рисунок 15 – Схема метода измерения потерь с оконцованными
входом и выходом
Для наших целей вполне подойдут источники и измерители оптической мощности PHOTOM.
|
|
|
